Modelo de “nuvem de pontos”

O modelo de “nuvem de pontos” é o nível mais básico de visualização de dados obtidos a partir da captura por sistemas de varredura a laser, como também, a partir da fotogrametria digital utilizando a técnica de DSM.

Nos modelos de nuvem de pontos as superfícies do objeto são representadas por meio de uma quantidade de pontos, sem nenhum tipo de relação topológica entre si, em que cada ponto da nuvem é descrito por suas coordenadas cartesianas (x, y, e z) e um ou mais atributos associados a estes pontos (AMORIM, 2012; MATEUS, 2012).

Segundo Groetelaars e Amorim (2012), a nuvem de pontos pode corresponder aos componentes RGB55 _{normalmente expressos através de uma escala de 8 bits (0 a 255),} como também a outros atributos como refletância do material, temperatura, distância do ponto a um dado referencial ou outras propriedades de interesse, sendo mostradas em “falsa cor”.

Existe um vasto campo de aplicações possíveis que utilizam esse recurso, como: animações; aplicações industriais (controle de qualidade e medições); simulações em criminalística; e visualização tridimensional (documentação arquitetônica e arqueológica). Para a maior parte das aplicações é necessário que a nuvem de pontos seja convertida, através de modelagem apropriada, em modelos de superfície (SANSONI, TREBESCHI, DOCCHIO, 2009).

Para Mateus (2012), o modelo de superfície mais comum obtido partir de nuvem de pontos é um arranjo espacial de polígonos adjacentes, denominado de malha (mesh), em que esses polígonos são as faces da malha. Quando os polígonos são regulares, a malha é denominada de rede (grid); já para o caso de triângulos distribuídos de modo irregular a malha é chamada de Triangular Irregular Network (TIN). A construção da malha é feita por meio de algoritmos matemáticos de interpolação que permitem definir seus vértices e suas faces. A geração dos modelos pode ser realizada com maior ou menor grau de automação a depender da ferramenta utilizada (AMORIM, 2012).

Para Remondino (2003), a conversão da nuvem de pontos em uma superfície é realizada a partir de quatro etapas: o pré-processamento, em que são eliminados pontos indesejáveis, reduzidos os ruídos e preenchidos os vazios; a segunda etapa consiste na determinação da topologia dos objetos da superfície, agrupando-os de acordo com suas relações de vizinhança; na terceira fase é realizada a geração da superfície por meio da criação de uma malha triangular ou tetraédrica que satisfaça os padrões de precisão requeridos; a última etapa consiste nas operações de pós-processamento onde é feito o

refinamento da malha (correção de vértices, inserção de triângulos, edição de polígonos, etc.).

Segundo Dutescu (2006), as nuvens de pontos devem ser tratadas antes da geração dos modelos. Essas operações visam eliminar pontos indesejados e remover ruídos, melhorando a qualidade do modelo. Para Genechten e colaboradores (2008), o primeiro passo é a remoção de ruídos, seguido da reamostragem (redução do número de pontos da nuvem), onde pontos que representam áreas mais planas e homogêneas são retirados sem que se percam as características do objeto. A partir desse ponto já possível passar para a fase de processamento.

Nesta fase, a primeira etapa é a triangulação, mais comumente realizada por meio de algoritmos de Delaunay, em que os pontos são ligados formando triângulos ou quadriláteros; a segunda parte do processamento, realizada por algoritmos de interpolação, resolve o problema dos vazios gerados devido à falta de dados causada pelas oclusões existentes na fase de aquisição/geração da nuvem de pontos. Embora na fase de pré-processamento o número de pontos tenha sido reduzido, é necessária uma segunda etapa conhecida como decimação, para otimização da malha objetivando diminuir a quantidade de triângulos gerados e reduzir o tamanho do arquivo sem que se perca o nível de detalhe. Outras formas de otimizar a malha é por meio de aproximação, utilizando-se superfícies do tipo Non Uniform Rational Basis Spline (NURBS), que podem ser manipuladas a partir de pontos de controle (GENECHTEN et al., 2008).

Ao término das operações descritas anteriormente, que variam de denominação conforme o autor, é feita a modelagem (geração dos produtos - obtenção de desenhos e de outros tipos de modelos geométricos) e, finalmente, a exportação dos produtos para programas CAD e BIM, ferramentas para animação, rendering, simulação, realidade virtual, prototipagem rápida, dentre outros, conforme os requisitos previstos para sua aplicação.

Groetelaars e Amorim (2011) citam como ferramentas para visualização e manipulação de “nuvem de pontos” os programas:

 PolyWorks/IMView, Geomagic Review, Cyclone TruView, Cyclone Viewer, Rapidform Explorer, Point Tools View Pro e Meshlab – para visualização; e

 Cyclone-MODEL, Easypoint, PointCloud, LupoScan, Pointools, Polyworks, Meshlab, Rapidform XOR/Redesign, Geomagic Studio, Edgewise, SilverLining e

3Dreshape – para processamento, em que é possível realizar as operações de importação de diversos tipos de arquivos; de filtragem da nuvem de pontos; medição de distâncias, cálculo de áreas e volumes; de criação de malhas poligonais tridimensionais; e de extração automática de seções a partir da malha poligonal tridimensional ou da nuvem de pontos; de edição do modelo e preenchimento automático de vazios; de modelagem semiautomática, para associação de primitivas tridimensionais; e de exportação dos modelos para diversos formatos, como STL, OBJ, VRML1, VRML2, DXF, 3DS e verificação da qualidade do produto gerado.

Além dessas ferramentas, é possível a criação de modelos BIM a partir de nuvem de pontos utilizando o Revit56 _{(Autodesk). Diversas operações sobre a nuvem de pontos} podem ser automatizadas com uso de programas específicos, como o plugin Scan to BIM (IMAGINiT) do Revit.